专利名称：一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于由换向阀1、开关2、气动管路附件3、机械部分和注射部分组成，其中机械部分由缸筒4、永磁铁5、冲击活塞6、弹簧7和端盖8组成。注射部分由注射活塞9、注射针筒10组成，可以用在通过强驱动力作用的无针头注射仪器，属于医疗器械领域。
背景技术：
传统的注射器是通过不锈钢针头注射人体的，不绣钢针头不但会造成注射疼痛， 而且会造成皮肤出血，存在潜在的感染风险，为了避免针头的使用安全注射，无针头注射技术一直是国际该领域专家研究的热点。无针头注射技术的要点在于实现药物的喷射式导入，为此需要有驱动力强且快速响应的动力系统，提供脉冲力以冲击和推进封闭药物容器内的活塞，产生瞬态高压迫使药剂从微细孔中挤出，形成高速喷射的微射流，迅速穿透人体或动物体皮肤，到达药物吸收最佳部位。目前已有的动力系统在技术上大体可分为三种压缩气体、燃料以及硬质弹簧，相关的发明专利在国内外已经公开或授权的计有20余项。传统的注射给药方式造成局部皮肤损害、出血，不仅痛感显著，令多数患者(特别是儿童)产生心理恐惧，还有造成注射部位感染的危险，长期注射还会造成皮下组织、神经及微血管的损伤，并且大量一次性注射器使用后即成为威胁环境健康的医疗垃圾，处理这些医疗垃圾十分不便且费用不菲，因此世界卫生组织(WHO) —直呼吁发展无针头药物注射技术。无针头注射技术的发明，旨在实现无创注射，可以消除痛感、显著减小损伤并方便于一般非专业医护人员的操作使用。该技术的要点在于实现药物的喷射式导入，为此需要有驱动力强且快速响应的动力系统，提供脉冲力以冲击和推进封闭药物容器内的活塞，产生瞬态高压迫使药剂从微细孔中挤出，形成高速喷射的微射流，迅速穿透人体或动物体皮肤，到达药物吸收最佳部位。由此可见，寻求运作安全、高效且廉价的动力系统是研制无针头注射器的关键。目前已有的动力系统在技术上大体可分为三种压缩气体、燃料以及硬质弹簧，相关的发明专利在国内外已经公开或授权的计有20余项。与火箭技术相类，以引爆燃料产生冲击波的方式固然可以提供足够强大的助推力，但其潜在的危险和不稳定因素也的确令人担忧；以压缩弹簧作为动力系统较之上述两种方法简便易行，美国Equidyne Corporation公司控股的Equidyne Systems, Inc分公司历时8年开发成功一种弹簧类无针头注射器，已于2000年7月开始将其Injex系列产品批量投放市场。该注射器尚存在以下缺点(1)由于使用前和使用过程中需要对弹簧体进行压缩、复位、准直、约束等一系列准备环节以及之后的安全触发需要特别保障，相应的动力系统内部设计非常复杂，制作工序多，售价昂贵($250/支)，非普通用户所能承受得起；( 弹簧系统自身的机械稳定性和疲劳问题，在使用过程中可能出现机械故障，并且弹簧动力随使用次数增加而衰减，需定期更换；(3)实施注射时弹簧体撞击活塞时产生强烈震颤并发出大的声响，给使用者带来另
3类不适的观感；市售的弹簧类无针注射器在临床使用过程中不仅伴有大的声响，而且会在注射部位由于针管冲击皮肤而造成可视的红斑乃至创伤。(4)仍为接触式注射方法，为防止交叉感染，仍旧不得不推荐大量使用一次性药管。另据最新报道，美国加州大学伯克利分校的研究人员独辟蹊径发明了一种高精度的皮下注射器，它是利用物理学中压电效应的逆效应，即在一定的电压驱动下，一些离子型晶体的电介质(如陶瓷体、石英等)可在施压方向上产生线性应变，这实际上可简单的归纳为一种电致伸缩效应。利用压电效应及其逆效应制成的各种传感器和换能器已经在电子技术及其相关产品中获得了广泛的应用，用在药物注射方面尚属首次。该注射器的动力系统关键部件是一组钛酸铅压电陶瓷(PZT)，由于使用电驱动，并且陶瓷应变具有很高的响应速度，因而所获得的药物喷射流具有非常高的速度(最高可达140米/秒)，这样可在不需要与患者皮肤接触的情况下将药物注入体内。而且事先并不需要任何额外的机械准备，在实现快速、无痛注射的同时，避免一次性药管的使用，最大限度的减小了交叉感染的机会和废弃药管的数量。此外山于动力部件为一刚性陶瓷体，克服了前述Injex产品中弹簧体不易准直、易于疲劳等缺点。显然，利用逆压电效应制造的新型注射器，不仅技术实现更为简捷，在实现非接触式注射方面更是具有上述其他方法无可比拟的优越性。但是，我们也不难发现该方法本身仍然存在一些难以克服甚或致命的缺陷(1)压电陶瓷本身电致伸缩系数小(100 600ppm)，这就决定了该技术仅适用于微剂量注射(45 140纳升)；(2)由于PZT陶瓷烧结难、极化难、制作大尺寸产品难，一般成品均为薄片，这就需要数片乃至数十片沿径向粘接在一起才能满足与所需动力相应的位移量的要求，这样整个粘接体的各部分的结合度和刚性如何、能否保证各陶瓷片微应变的有效累加，直接关系到产品的合格率及使用寿命，技术上面临着挑战；C3)陶瓷材料质脆易碎，在多次强力拍击活塞过程中有毁损的可能；(4)为保证陶瓷体产生足够的应变，驱动电压常需高达数百伏甚至上千伏，远高于人体安全电压 (36V)，并且在这样高的电压情况下，动力系统内部正、负极以及筒体之间的有效隔离和绝缘设计难度很大，安全隐患实在不容忽视。这些缺陷的弥补有待于新的技术突破。此外无针注射的方式需要把液体(如药物)注入病人或家畜体内，需要穿透皮肤最为坚韧的部分——角质层，这就需要微射流具有足够高的速度，同时药物制剂中的颗粒物尺度要足够小。对于大分子药物包括多肽、蛋白质等，难以通过微射流的方式实现药物导入。传统的压缩气体法需要配备高压气仓及相应的空气压缩装置，体积庞大、造价昂贵、耗能费时，使用极为不便，我们经过反复研究，采用了电源控制二位三通换向阀进行气流进出控制的静音空压系统作为压缩气源，成功设计了一种效率高，医护人员劳动强度低， 操作方便，噪音轻微，注射力在一定范围内可调节的气动无针头注射器，方便了临床医护人员的使用，具有非常好的市场前景。本无针头注射器，由于采用气压驱动，因而效率高，医护人员劳动强度低，且可以通过调节供气压力或注射活塞9的面积，使得注射力在一定范围内可调节。此外，由于采用电器开关控制，操作极为方便，加之弹簧7具有阻尼缓冲作用，所以噪音轻微。
发明内容
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一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，由换向阀1、开关2、气动管路附件3、 机械部分和注射部分组成，其中机械部分由缸筒4、永磁铁5、冲击活塞6、弹簧7和端盖8组成。换向阀1优选二位三通换向阀，还可以是二位四通或二位五通换向阀；机械部分由缸筒 4、冲击活塞6、弹簧7和端盖8组成，注射部分由注射活塞9、注射针筒10组成；气动管路附件3接头的螺纹，拧入到缸筒4左端的螺纹孔中。缸筒4的内孔中，放置有冲击活塞6和弹簧7。冲击活塞6内孔中固定有永磁铁5，缸筒4与的接触部位为铁磁材料，使得冲击活塞 6与缸筒4之间形成磁阻尼装置。在缸筒4的右端，端盖8以螺纹与缸筒4形成固定联接。 注射活塞9置于注射针筒10内孔中，而注射针筒10则以螺纹或卡扣与端盖8联接。处于准备注射状态时，冲击活塞6右端面与注射组件的注射活塞9左端面之间，有一段空行程；以确保冲击活塞6刚刚开始冲击注射活塞9左端面的运动速度，能够达到药液穿透动物或病人皮肤的程度，因而避免造成部分药液浪费。缸筒4上设计有透气孔，透气孔的作用是，当冲击活塞6向右或向左运动时，使得腔内的气体排出或吸入，不至于造成冲击活塞6因气体作用而不能运动，或运动不到设计位置。机械部分的材料可以选择硬质金属材料，具体包括钢、铁、铜、铝以及各种合金材料比如铝合金等。注射部分选用医用材料注塑而成，注射针筒10带有一个或多个圆形微孔，微孔直径为 30-100um。本发明的工作原理如附图1、2和3说明，操作过程描述如下(1)当准备注射时，注射针筒10内充满药液，通过注射针筒10的螺纹，拧入端盖8 上，注射器便处于图1所示的准备注射状态。(2)准备注射状态下，开关2处于断开状态，二位三通换向阀1处于截止状态，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，不能通过气动管路附件3进入缸筒4内。(3)开始注射，开关2刚刚开始处于闭合状态时，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，通过气动管路附件3时，由于气体流动而导致压强较低，不足以克服磁阻尼装置的阻力，因而不能进入缸筒4中，冲击活塞6不能运动；直至压缩空气因不再流动，导致其压强升高到大于磁阻尼装置的阻力而进入缸筒4中，冲击活塞6将以很高的加速度向右运动，越过其右端面与注射组件的注射活塞9左端面之间的一段空行程时，速度达到设计要求值，此时，冲击活塞6以很高的速度冲击注射组件的注射活塞9左端面，使其高速向右运动，通过挤压注射针筒10内的药液，使药液通过注射针筒10右端微孔，以高速射流射出，进行注射， 当注射过程结束时，冲击活塞6到达图3所示位置。(4)注射过程结束后，使开关2断开，二位三通换向阀1的电磁铁失电，换向阀1又切换到图1所示断开状态，冲击活塞6在弹簧7的作用下复位到最左端位置，以准备进行下
一次注射。应该认识到，本领域的技术人员，对本发明的机械部分，进行结构方面的小幅度修改，也可设计出多种变更情况及不同的实施例。例如，增加后端盖使得缸筒4变成分体结构，以便于加工；将磁阻尼装置设计成不同形式；不采用弹簧复位，而采用重力等方式复位；以及将透气孔设计在其它位置等。因此可以理解，本发明的保护范围，应覆盖所有这些以简单变更为基础的实施例。
图1是本发明准备注射状态。图2是本发明开始注射状态。图3是本发明注射结束状态。编号说明1、二位三通换向阀2、开关 3、气动管路附件 4、缸筒 5、永磁铁 6、 冲击活塞 7、复位弹簧 8、端盖 9、注射活塞 10、带微孔的注射针筒
具体实施例装置设计如图1、2、3所示。注射针筒10内吸满预注射的液体，通过注射针筒10的螺纹，拧入端盖8上，注射器便处于图1所示的准备注射状态。准备注射状态下，开关2处于断开状态，二位三通换向阀1处于截止状态，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，不能通过气动管路附件3进入缸筒4内。注射状态开始，开关2刚刚开始处于闭合状态时，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，通过气动管路附件3时，由于气体流动而导致压强较低，不足以克服磁阻尼装置的阻力，因而不能进入缸筒4中，冲击活塞6不能运动；直至压缩空气因不再流动，导致其压强升高到大于磁阻尼装置的阻力而进入缸筒4中，冲击活塞6将以很高的加速度向右运动，越过其右端面与注射组件的注射活塞9左端面之间的一段空行程时，速度达到设计要求值， 此时，冲击活塞6以很高的速度冲击注射组件的注射活塞9左端面，使其高速向右运动，通过挤压注射针筒10内的药液，使药液通过注射针筒10右端微孔，以高速射流射出，进行注射，当注射过程结束时，冲击活塞6到达图3所示位置。注射过程结束后，使开关2断开，二位三通换向阀1的电磁铁失电，换向阀1又切换到图1所示断开状态，冲击活塞6在弹簧7的作用下复位到最左端位置，以准备进行下一次注射。
权利要求
1.一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于由换向阀1、开关2、气动管路附件3、机械部分和注射部分组成，其中机械部分由缸筒4、永磁铁5、冲击活塞6、弹簧7 和端盖8组成。
2.根据权利要求1所述一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于冲击活塞6内孔中固定有永磁铁5，缸筒4与5的接触部位为铁磁材料，使得冲击活塞6与缸筒4 之间形成磁阻尼装置。
3.根据权利要求1中的缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于冲击活塞6 处于非工作状态时，其右端面与注射组件的注射活塞9左端面之间，还可以设计一段空行程。
4.根据权利要求1所述一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于所述缸筒4上还可以设计有透气孔。
5.根据权利要求1所述一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于注射部分由注射活塞9和带有微孔的注射针筒10组成，选用医用材料注塑而成，注射针筒10带有一个或多个圆形微孔，微孔直径为30-100um。
6.根据权利要求1所述一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其中换向阀1优选二位三通换向阀，还可以是二位四通或二位五通换向阀，其特征在于在准备注射状态下，开关2处于断开状态，二位三通换向阀1处于截止状态，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，不能通过气动管路附件3进入缸筒4内；开始注射，开关2刚刚开始处于闭合状态时，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，通过气动管路附件3时，由于气体流动而导致压强较低，不足以克服磁阻尼装置的阻力，因而不能进入缸筒4中，冲击活塞6不能运动；直至压缩空气因不再流动，导致其压强升高到大于磁阻尼装置的阻力而进入缸筒4中，冲击活塞6将以很高的加速度向右运动，越过其右端面与注射组件的注射活塞9左端面之间的一段空行程时，速度达到设计要求值，此时，冲击活塞6以很高的速度冲击注射组件的注射活塞9左端面，使其高速向右运动，通过挤压注射针筒10内的药液，使药液通过注射针筒10右端微孔，以高速射流射出，进行注射，当注射过程结束时，冲击活塞6到达图3所示位置。
7.开关2处于闭合状态时，二位三通换向阀1的电磁铁得电，换向阀1切换到图2所示导通状态，由压缩空气气源输送过来的压缩空气，通过换向阀1与气动管路附件3进入缸筒4内；注射过程结束后，使开关2断开，二位三通换向阀1的电磁铁失电，换向阀1又切换到图所示断开状态，冲击活塞6在弹簧7的作用下复位到最左端位置，以准备进行下一次注射，其中开关2优选薄膜开关，还可以是机械按键开关。
8.根据权利要求1所述的一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于缸筒 4的内孔中，放置有冲击活塞6和弹簧7，冲击活塞6内孔中固定有永磁铁5，在缸筒4的右端，端盖8以螺纹与缸筒4形成固定联接，注射活塞9置于注射针筒10内孔中，而注射针筒 10则以螺纹或卡扣与端盖8联接。
9.根据权利要求1所述的一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于可以用于皮内注射、皮下注射或肌肉注射，向动物或人体输送一定剂量的液体。
10.根据权利要求8所述的液体，其特征在于吸取的液体优选具有活性的化合物，可以是小分子化合物，也可以是大分子聚合物，比如化学药物、生长激素、胰岛素、多肽、蛋白质、寡核苷酸、核酸和多糖等。
全文摘要
本发明公开了一种缸阀分离式磁阻尼气动无针头注射器，其特征在于由换向阀1、开关2、气动管路附件3、机械部分和注射部分组成，其中机械部分由缸筒4、永磁铁5、冲击活塞6、弹簧7和端盖8组成。
文档编号A61M5/303GK102397604SQ20101027560
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者张文芳, 贾军鹏, 金济南, 钟康明 申请人:钟康明